Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển bàn máy công nhệ cao 55
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.4 MB, 124 trang )
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của các thành tựu khoa học - Công nghệ đặc biệt
là lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép những nhà chế tạo máy ứng dụng vào
máy khoan cắt kim loại với các hệ thống điều khiển ngày càng chính xác hơn với tóc
độ nhanh hơn và giá thành thấp hơn.
Sự xuất hiện của các máy CNC(Computer Numerical Control) đã nhanh chóng
thay đổi việc sản xuất công nghiệp. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như
đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn
các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu. Việc gia tăng tự động hóa trong
q trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất
lượng. Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời
gian cho các cơng việc khác. Ngồi ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản
phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác.
Qua việc tìm hiểu và nghiên cứu về máy CNC, mơ hình máy CNC khoan và
phay biên dạng chi tiết sản phâm được tôi thiết kế nhỏ gọn, điều khiển bằng PLC S7200. Với mục đích áp dụng những gì đã học, những phương pháp điều khiển,bộ giám
sát … vào thực tế. Đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển bàn may CNC”
được thực hiện trong thời gian hơn năm tháng, nhưng vì thời gian có hạn nên đề tài
vẫn có nhiều khuyết điểm, rất mong ý kiến đóng góp của q thầy cơ giáo để việc
nghiên cứu trở nên thực tế hơn.
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
1
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Truờng Đại học Công nghiệp
Tp.HCM, khoa Điện tử, bộ môn Điều khiển tự động, các thầy cô đã dạy dỗ và dìu dắt
em trong suốt 4 năm học vừa qua để em có được những kiến thức chun mơn cơ sở
sau này có thể vào đời làm việc, sử dụng có ích cho xã hội.
Để thực hiện thành cơng đề tài là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy
Ths.Trần Hữu Tồn. Người đã hướng dẫn tận tình, giúp chúng em định hướng, góp ý
và cung cấp ý tưởng cũng như chỉ dẫn tài liệu và các tiến trình thực hiện đề tài. Sự
hướng dẫn của thầy là một yếu tố quan trọng để em có thể hồn thành đề tài này.
Cuối cùng em xin chân thành gửi những lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ và gia
đình, những người luôn sát cánh cùng em, giúp đỡ em tạo điều kiện tốt nhất cho em
học tập để có kết quả như ngày hôm nay.
Em xin chân thành cảm ơn !
Trường Đại học Cơng Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Cơng nghệ điện tử
Sinh viên
Nguyễn Ngọc Vàng
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
2
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI
Sinh viên thực hiện
:
Nguyễn Ngọc Vàng
Mã số sinh viên
:
06086991
Lớp
:
ĐHĐT2A2
Ngành
:
Điện tử tự động hóa
Giáo viên hướng dẫn
:
Ths.Trần Hữu Toàn
Đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển bàn
máy CNC
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………….
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
3
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
…………………………………………………………………………………………
…………
NHẬN XÉT ĐỀ TÀI CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Sinh viên thực hiện
:
Nguyễn Ngọc Vàng
Mã số sinh viên
:
06086991
Lớp
:
ĐHĐT2A2
Ngành
:
Điện tử tự động hóa
Giáo viên hướng dẫn
:
Ths.Trần Hữu Toàn
Đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển bàn
máy CNC
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………….
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
4
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………
Mục lục
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
5
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Bảng 1: Các chức năng của một hệ DNC
Bảng 2: Bảng chuyển đổi giữa mã binary và gray
Bảng 3: Bảng điều khiển dịch chuyển G máy CNC
Bảng 4: Bảng nội suy phi tuyến
Hình 1: Một số máy CNC hiện nay đang sử dụng
Hình 2: Vận hành trực tiếp hệ DNC
Hình 3: Sơ đồ điều khiển thích nghi AC
Hình 4: Hệ thống điều khiển thích nghi AC về cơng nghệ
Hình 5: Đặc điểm cấu trúc máy CNC
Hình 6: Cấu trúc vitme bi
Hình 7: Phương thức chuyển động vitme đai ốc
Hình 8: Ví dụ thiết lập một chương trình
Hình 9: Hệ tọa độ CNC
Hình 10: Điểm zero chương trình
Hình 11: Điểm chuẩn trong CNC
Hình 12: Ví dụ lập trình theo tọa độ tuyệt đối
Hình 13 : Các phương pháp đo
Hình 14 :Đo vị trí bằng đại lượng tương tự
Hình 15: Đo vị trí bằng đại lượng số
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
6
Ln văn tốt nghiệp
Đại học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Hình 16:Đo vị trí trực tiếp
Hình 17: Đo vị trí khơng trực tiếp thơng qua lượng chạy dao
Hình 18: Đo vị trí gián tiếp thơng qua bộ bánh răng
Hình 19: Đo vị trí tuyệt đối theo chu kì
Hình 20: Thước đo cảm ứng quay khơng có vịng qt
Hình 21: Ngun tắc cảm ứng tuyến tính
Hình 22: Thước đo cảm ứng
Hình 23: Thước đo theo nguyên tắc quang điện soi thấu
Hình 24: Xung đầu ra của hệ thống đo đường dài bằng quang điện
Hình 25: Cấu tạo đĩa quang trong Encoder tuyệt đối
Hình 26: Cấu tạo đĩa quang trong Incremental Encoder
Hình 27: Dạng xung ngõ ra của EnCoder
Hình 28: Dịch chuyển nhanh đến điểm M(15,5)
Hình 29: Ví dụ nội suy cung trịn G02, G03
Hình 30: Mơ hình khoan phay CNC
Hình 31: Động cơ gắng Encoder sử dụng trong mơ hình
Hình 32: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vị trí
Hình 33: Mạch động lực sử dụng cho mơ hình
Hình 34: Sơ đồ khối của các khâu động lực
Hình 35: Điện áp trung bình khi điều xung
Hình 36: Giản đồ xung khối cách li điện áp
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
7
Ln văn tốt nghiệp
Đại học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Hình 37: Giãn đồ xung qua khối cơng suất
Hình 38: Mạch ngun lí mạch nhận xung Encoder
Hình 39: Sơ đồ khối mạch nhận xung Encoder
Hình 40: Mơ hình điều khiển PID số
Hình 41: Mơ hình động cơ một chiều
Hình 42: Sơ đồ hệ thơng điều khiển PID
Hình 43: Đáp ứng P động cơ
Hình 44: Đáp ứng PI động cơ
Hình 45: Nội suy đường thẳng
Hình 46: Ví dụ nội suy đường thẳng
Hình 47: Nội suy vịng
Hình 48: Nội suy xoắn ốc
Hình 49: Nội suy Parapol
Hình 50: Giải thuật nội suy G04
Hình 51: Giải thuật nội suy theo đường thẳng y=yA
Hình 52: Giải thuật nội suy G00
Hình 53: Nội suy đường trịn G01
Hình 54: Giải thuật nội suy đường trịn G01
Hình 55: Giải thuật nội suy cung trịn ngược chiều kim đồng hồ G02
Hình 56: Xác định điểm trong hệ tọa độ cực
Hình 57: Giải thuật nội suy cung tròn ngược chiều kim đồng hồ G03
Hình 58: Bài tốn nội suy cung trịn
Hình 59: Lưu đồ giải thuật xác định góc của một điểm trong hệ toạ độ
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
8
Ln văn tốt nghiệp
Đại học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Hình 60: Lưu đồ giải thuật tính góc quay trong hệ tọa độ cực lệnh G02, G03
Hình 61: Giải thuật nội suy G02, G03
Hình 62: Giao diện điều khiển bằng máy tính
Hình 63: Giao diện phần tải lệnh
Hình 64: Nội suy cung trịn G02
Hình 65: Nội suy cung trịn G03
Hình 66: Giản đồ xung kết nối giữa máy tính và PLC
Hình 67: Giải thuật kết nối giữa máy tính và VB
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
9
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
PHẦN I:
THAM KHẢO LÝ THUYẾT
A.MÁY CƠNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (CNC):
I. MÁY CƠNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (MÁY CNC):
Là thế hệ máy công cụ được điều khiển theo chương trình viết bằng mã ký tự số,
chữ cái và các ký tự chuyên dụng khác, trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ
vi xử lý
(Microprocessor) làm việc với các chu kỳ thời gian từ 1 đến 20
và có bộ
nhớ tối thiểu 4 Kbyte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trình điều khiển
số như: tính tốn tọa độ trên các trục điều khiển theo thời gian thực, giám sát các trạng
thái của máy, tính tốn các giá trị bù trừ dao cụ, tính toán nội suy trong điều khiển quỹ
đạo biên dạng (tuyến tính và phi tuyến), thực hiện so sánh các giá trị mong muốn _
thực tế…
Ưu điểm cơ bản của máy CNC:
-
So với các máy công cụ điều khiển bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc
vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung chương trình được đưa
vào máy. Người điều khiển chỉ chủ yếu là theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động
của máy.
-
Độ chính xác làm việc cao. Thơng thường các máy CNC có độ chính xác máy là
0.001mm, do đó có thể đạt được độ chính xác cao hơn.
-
Chất lượng gia cơng ổn định, độ chính xác lặp lại cao.
-
Tốc độ cắt cao.Nhờ cấu trúc cơ khí bền chắc của máy, những vật liệu cắt hiện đại
như kim loại cứng hay gốm oxit có thể được sử dụng tốt hơn.
-
Thời gian gia công ngắn hơn.
Các ưu điểm khác:
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
10
Ln văn tốt nghiệp
-
Đại học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Máy CNC có tính linh hoạt cao trong cơng việc lập trình, tiết kiệm thời gian chỉnh
máy, đạt được tính kinh tế cao ngay cả trong việc gia công hàng loạt các sản phẩm nhỏ.
-
Ít phải dừng máy vì kỹ thuật, do đó chi phí do dừng máy nhỏ
-
Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm giảm.
-
Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ.
-
Có thể gia cơng hàng loạt.
Nhược điểm:
-
Giá thành chế tạo máy cao hơn.
-
Giá thành bảo dưỡng, sửa chữa máy cũng cao hơn.
-
Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn.
Trình độ hiện tại của máy CNC:
Các chức năng tính tốn trong hệ thống CNC ngày càng hồn thiện và đạt tốc độ
xử lý cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu phát triển của các bộ vi xử lý
. Các
hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý đa chức năng, dùng cho
nhiều mục đích điều khiển khác nhau. Vật mang tin từ băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ và
tiến tới đĩa CD có dung lượng ngày càng lớn, độ tin cậy và tuổi thọ cao.
Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành hệ CNC
(Computerized Numerical Control) đã tạo điều kiện ứng dụng máy cơng cụ CNC ngay
cả trong xí nghiệp nhỏ, khơng có phịng lập trình riêng, nghĩa là người điều khiển máy
có thể lập trình trực tiếp trên máy. Dữ liệu nhập vào, nội dung lưu trữ, thơng báo về
tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển đều
được hiển thị trên màn hình.
Màn hình ban đầu chỉ là đen trắng với các ký tự chữ cái và các con số nay đã
dùng màn hình màu đồ hoạ, độ phân giải cao (có thêm tốn đồ và hình vẽ mơ phỏng
tĩnh hay động), biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều được hiển
thị trên màn hình.
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
11
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép các mạng cục bộ hay mạng mở rộng để quản lý
điều hành một cách tổng thể hệ thống sản xuất của một xí nghiệp hay của một tập đồn
cơng nghiệp.
Hình 1.1: Một số máy CNC hiện nay đang sử dụng
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
12
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
II. CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC:
II.1. Điều khiển trực tuyến DNC (Direct Numerical Control):
DNC là một hệ thống điều khiển trong đó dùng máy tính điều hành trực tiếp
nhiều máy cơng tác điều khiển theo chương trình số. Đặc tính cơ bản của hệ DNC là sự
nối ghép trực tuyến (online) nhiều máy CNC với một máy tính.
Hệ DNC có thể trao đổi thông tin theo theo 2 cách:
Cách 1 : Vận hành BTR (Behind Tape Reader). Thông tin điều khiển từ máy tính
sau khi qua bộ phận đọc dữ liệu từ vật mang tin sẽ được truyền vào hệ điều khiển của
máy CNC.
Cách 2 : Vận hành trực tiếp. Máy tính trung tâm gộp luôn các bộ nhớ thông tin và
bộ nhớ nội suy cũng như các khả năng khác của CNC vào trong máy tính. Các máy
cơng tác chỉ cịn có cụm điều khiển thích ứng và các vịng mạch điều chỉnh vị trí, ngồi
ra giữa chúng cịn có một mạch nối ghép thích hợp.
Máy tính chủ
Dữ liệu từ vật mang tin
BỘ PHẬN NỐI GHÉP
Máy CNC
Máy CNC
Hình 2: Vận hành trực tiếp hệ DNC
Phương án 2 có ưu điểm là hệ điều khiển máy công tác rẻ hơn nhiều (do máy tính
chủ đã phụ trách một số cơng việc). Nhưng do lệ thuộc hồn tồn vào máy tính chủ
nên ít dùng.
Hệ thống DNC
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
13
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
Trong hệ DNC, nhiệm vụ cơ bản của máy tính trung tâm là quản lý tập trung các
chương trình gia cơng CNC và phân phối đến các máy công tác.
Bảng 1: Các chức năng của một hệ DNC:
bản
CHỨC NĂNG CỦA MỘT HỆ DNC
Chức năng cơ
Quản lý chương trình NC
Phân phối dữ liệu NC
Chức năng mở
rộng
Sửa chữa dữ liệu NC
Điều chỉnh chương trình NC
Thu thập và xử lý các dữ liệu hoạt động
Chức năng điều khiển cho dòng vật chất
Các chức năng thành phần của q trình gia cơng
Q trình lưu trữ và cập nhật dữ liệu điều khiển số cho từng máy CNC trong hệ
thống có tính tiện lợi, hệ thống và kinh tế.
Khả năng quản lý chương trình trong hệ DNC gồm:
-
Quản lý các danh mục các chương trình CNC.
-
Tìm kiếm một chương trình CNC.
-
Truy cập và khai thác các chương trình CNC.
-
Lưu trữ các chương trình CNC.
-
Quản lý các dữ liệu về dao.
-
Quản lý các dữ liệu về vật liệu gia công.
-
Quản lý các dữ liệu về đồ gá.
II.2. Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control):
Điều khiển AC đựoc hiểu là sự tối ưu hố của cơng nghệ trong q trình gia công,
thông qua biện pháp kỹ thuật điều chỉnh tự động.
Thông thường, khi gia công một chi tiết, các thông số công nghệ như tốc độ cắt,
lượng chạy dao, chiều sâu cắt được đưa ra trước một cách xác định. Trong điều khiển
AC người ta chỉ đưa vào các giá trị giới hạn xác định của thông số công nghệ, ví dụ
khi gia cơng thơ, lực cắt cho phép lớn nhất là bao nhiêu, từ đó hệ điều khiển AC sẽ
kiểm sốt các thơng số cơng nghệ sao cho đảm bảo các giá trị giới hạn đã khai báo.
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
14
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
Thực ra nguyên tắc điều khiển AC không gắn liền với ứng dụng của các máy
CNC. Một mặt các thiết bị số sẵn có trong hệ CNC tạo điều kiện dễ dàng hơn sự ghép
nối AC vào nguyên tắc điều khiển này, mặt khác do nhu cầu đòi hỏi phải rút ngắn thời
gian gia công trên máy CNC mà hệ điều khiển AC có thể làm được.
Đại lượng nhiễu: Lượng dư gia cơng, Độ bền vật liệu, Độ mịn dụng cụ
Điều khiển
Q trình cắt
Kết quả cơng tác
Đo lường
Đo lường
Cụm điều chỉnh phụ, Thích nghi
Giá trị cần nạp trước cho các đại lượng cơ bản
Hình 3: Sơ đồ điều khiển thích nghi AC
Tùy thuộc nhiệm vụ mà hệ điều khiển AC phải thực hiện, người ta phân ra các hệ:
AC Công nghệ: Nhiệm vụ của nó là điều chỉnh các đại lượng cơng nghệ trong q
trình gia cơng.
AC Hình học: Nhiệm vụ của nó là điều chỉnh các đại lượng xử lý tạo hình.
ACC (Adaptive Control Constraint _ Điều khiển thích nghi với lực cản): Nhiệm
vụ của hệ này là điều chỉnh các đại lượng cắt gọi. Ví dụ: lực cắt cần nằm trong một
giới hạn nào đó.
ACO (Adaptive Control Optimization _ Điều khiển thích nghi tối ưu hố): Nhiệm
vụ của nó là điều chỉnh chất lượng tối ưu hố của tồn bộ q trình cắt gọt hay là kết
quả điều khiển dựa vào ảnh hưởng của nhiều đại lượng xử lý.
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
15
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
Công suất vận hành
Sử dụng ổn định cơng suất máy có bảo vệ q tải
Lực moment quay và moment uốn, tải trọng
Cơng
choxuất
phéocắt
tốitối
đađa có bảo vệ máy, dao, chi tiết
ACC
Cường độ dao động
Gia công khơng có dao
Chia lực cắt tự động
Các chức năng phụ
Theo dõi thời gian dừng
Hành trình chạy dao nhanh
(Không cắt chi tiết)
Điều kiện cắt tối ưu
ACO
Hình 4: Hệ thống điều khiển thích nghi AC về cơng nghệ
II.3. Hệ thống gia cơng linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems):
Hệ thống gia công linh hoạt bao gồm một loạt các máy công tác, chủ yếu là các
máy CNC, liên kết với nhau bởi các hệ thống điều khiển và hệ thống vận chuyển cho
toàn bộ quá trình, sao cho trong phạm vi giới hạn của hệ thống, một trình tự gia cơng
khác nhau cho các chi tiết khác nhau với số lượng khác nhau, có thể được tiến hành
theo thứ tự lựa chọn tự do.
Việc điều hành các q trình tính tốn cần thiết cho tất cả các hệ thống con trong
một hệ thống gia công linh hoạt, tất yếu phải dựa trên cơ sở của các máy công cụ CNC
vận hành theo nguyên tắc điều khiển DNC.
Tính linh hoạt của hệ thống được thể hiện ở các mặt sau:
-
Có khả năng sản xuất từ 20 đến 30 loại chi tiết có quy trình gia cơng khác nhau.
-
Có khả năng thay đổi nhanh số lượng sản phẩm.
-
Phí tổn cho việc lập trình thấp.
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
16
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
Tùy thuộc vào quy mô cấu trúc, hệ thông sản xuất linh hoạt có thể phân thành các
loại sau:
Đơn vị sản xuất linh hoạt (FMU: Flexible Manufacturing Unit):
Đơn vị sản xuất linh hoạt là hệ thống có một máy NC, thơng thường là máy CNC
với bàn gá dao và bàn thay dao tự động. Có khả năng giảm bớt thao tác cho người sử
dụng.
Tế bào sản xuất linh hoạt (FMC: Flexible Manufacturing Cell)
Nhóm sản xuất linh hoạt bao gồm hai hay nhiều máy NC, tối thiểu là một CNC
với bàn gá dao và cơ cấu cấp phôi, cấp dao tự động ở từng máy. Điều khiển toàn bộ
hoạt động của FMC do máy tính trung tâm thực hiện phối hợp với các mạng lưới vi
tính độc lập. Phơi được hồn tất một phần hoặc tồn phần sau khi rời nhóm sản xuất
linh hoạt. Nhóm sản xuất linh hoạt thường dùng cho sản xuất hàng loạt, sản xuất nhỏ
và trung bình.
Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS: Flexible Manufacturing System):
Hệ thống sản xuất linh hoạt bao gồm một hay nhiều nhóm sản xuất linh hoạt có
hệ thống vận chuyển tự động được điều khiển bằng máy tính. Điều khiển tịan bộ hệ
thống với máy tính trung tâm. Hệ thống sản xuất linh hoạt thường dùng cho sản xuất
trung bình và lớn.
Hệ thống sản xuất tổng hợp (CIM: Computer Integrated Manufacturing):
Với sự phát triển của hộ máy NC như CNC, DNC, các hệ thống FMC, FMS, kỹ
thuật người máy và hệ thống phần mềm điều khiển tự động của máy tính điện tử đã
dẫn đến sự ra đời của hệ thống sản xuất tổng hợp (CIM) vào năm 1978. Hiện nay CIM
chỉ phát triển ở các nước có nền cơng nghiệp phát triển.
CIM là một hệ thống sản xuất xử dụng trí tuệ nhân tạo tổng hợp ở trình độ cao
các thiết bị sản xuất, các hệ thống thông tin, các phần mềm điều khiển để thự hiện một
q trình cơng tác tự động.
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
17
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
CIM đứng về mặt xử lý :
-
Nó là một tổng hợp các hệ thống thiết kế và kiểm tra tất cả các tài nguyên của quá
trình sản xuất.
-
Là một phương tiện phục vụ cho việc tự động hố thu thập thơng tin giữa các hệ
thống máy tính và sử dụng nó cho việc hình thành một hệ thống phản hồi kín để thiết
kế và điều khiển.
CIM đứng về mặt phần cứng:
-
Gồm nhiều đơn vị gia cơng dùng cho từng mục đích riêng biệt hoặc xây dựng thành
một hệ thống sử dụng cho một mục tiêu.
-
Các hệ thống băng tải nối liền các đơn vị gia công.
-
Hệ thống cấp phôi và cấp dao tự động.
-
Máy tính điện tử trung tâm.
Sự khác biệt giữa một máy CIM và NC là trình độ tự động hố tổng hợp của các
q trình cơng tác. Ở máy NC tự động hố thì thực hiện trên từng phần cơng việc,
khơng có mối quan hệ trực tiếp giữa các khâu công tác của những máy độc lập. Ở
CIM, các đơn vị gia cơng thực hiện từng phần cơng việc có liên quan chặt chẽ với
nhau tạo thành một quá trình sản xuất tổng hợp. Mối quan hệ giữa từng công đoạn
khơng chỉ theo thứ tự cơng nghệ mà cịn rất nghiêm ngặt về nhịp độ thời gian để chi
tiết gia công đi từ máy này sang máy khác cùng một lúc nhiều loại chi tiết khác nhau.
Nội dung hoạt độnh của CIM là tổng hợp của 5 lĩnh vực hoạt động riêng :
-
Hệ thống thiết kế sản phẩm bằng máy tính điện tử CAD (Computer Aided Design).
-
Hệ thống thiết kế q trình và điều khiển sản xuất bằng máy tính CAPP (Computer
Aided Process Planning).
-
Hệ thống thiết kế quy trình cơng nghệ bằng máy tính CAE (Computer Aided
Engineering).
-
Hệ thống tồn trữ và vận chuyển điều khiển bằng máy tính CAST (Computer Aided
Storage and Transportation).
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
18
Luân văn tốt nghiệp
-
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
Hệ thống tổ chức và điều khiển sản xuất bằng máy tính CAM (Computer
Aided Manufacturing).
III. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC MÁY CNC:
Hình sau mơ tả kết cấu của các máy công cụ điều khiển CNC vá các máy công cụ
thông thường để chúng ta dễ dàng nhận ra sự khác biệt giữa chúng:
Máy phay CNC
Hình 5: Đặc điểm cấu trúc máy CNC
Truyền động chính:
Truyền động chính sử dụng động cơ một chiều hoặc xoay chiều. Khi sử dụng
động cơ một chiều ta có thể điều chỉnh vơ cấp tốc độ bằng dịng kích từ. Đối với động
cơ xoay chiều ta cũng có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng bộ biến đổi tần số, động cơ
xoay chiều có mơmen truyền tải cao và có thể thay đổi vịng quay một cách đơn giản
đồng thời khi thay đổi lực tác dụng số vòng quay của động cơ vẫn không đổi.
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
19
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
Truyền động chạy dao:
Truyền động chạy dao sử dụng động cơ một chiều hoặc xoay chiều kết hợp với bộ
vít me, bi và đai ốc cho từng trục chạy dao X, Y, Z.
Động cơ một chiều có đặc tính động học tốt cho các q trình gia tốc và q trình
hãm phanh, mơmen quán tính nhỏ, độ chính xác điền khiển cao cho những đoạn đường
dịch chuyển chính xác.
Bộ vít me, bi và đai ốc có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát và đảm
bảo khơng có khe hở khi truyền dẫn với tốc độ cao.
Hình 6: Cấu trúc vitme bi
Phương thức của vít me đai ốc bi:
Các viên bi nằm trong rãnh vít me và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát từ trục
vítme qua đai ốc vào bàn máy. Nhờ hai nửa đai ốc lắp theo chiều dài, giữa chúng có
vịng cách, có thể điều chỉnh khử khe hở theo hai chiều đối ngược.
Trong một số giải pháp nâng cao của bộ truyền này, bước nâng của rãnh vít trên
trục và trên đai ốc có giá trị khác nhau. Việc dẫn bi hồi rãnh được thực hiện nhờ các
rãnh dẫn hướng bố trí bên trong hoặc các ống dẫn hồi bi bao ngoài trục.
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
20
Ln văn tốt nghiệp
Đại học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Hình 7: Phương thức chuyển động vitme đai ốc
IV. LẬP TRÌNH CHO MÁY CNC:
Một máy công cụ thông thường thực hiện các nguyên công kế tiếp nhau do điều
khiển tay của người vận hành. Trên máy CNC thì mọi q trình gia cơng đều được
thực hiện tự động. Một hệ thống điều khiển theo chương trình số CNC sẽ điều khiển và
theo dõi q trình. Hệ thống CNC do đó cần có một chương trình làm việc do người
vận hành máy hoặc do một kỹ sư lập trình soạn thảo.
Chương trình viết ra phải mô tả đầy đủ tất cả các bước cần thiết cho q trình
gia cơng bằng một ngơn ngữ lập trình mà cụm điều khiển có thể hiểu được. Một
chương trình được thiết lập để gia cơng một chi tiết được gọi là chương trình chi tiết.
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
21
Ln văn tốt nghiệp
Đại học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Chương trình chi tiết bao gồm nhiều lệnh công tác cho máy, các lệnh này nằm trong
từng câu lệnh. Các câu lệnh được xử lý kế tiếp nhau, trong đó có các thơng tin ví dụ
như số vịng quay trục chính hay đường biên dạng dịch chuyển…
Một câu lệnh thường được bắt đầu bằng chữ cái N và số thứ tự câu lệnh (có thể
lựa chọn từ N0 đến N9999). Số câu lệnh khơng có ảnh hưởng đến thứ tự xử lý câu lệnh
trong một q trình gia cơng. Trình tự gia cơng do đó được xác định bởi trình tự xử lý
các câu lệnh. Mỗi số câu lệnh chỉ được dùng một lần trong chương trình, nếu khơng
chú ý sẽ dẫn đến nhiễu loạn trong quá trình tìm câu lệnh hoặc quá trình nhảy trở lại
chương trình sau một gián đoạn.
Từ lệnh:
Mỗi lệnh làm việc cho máy được gọi là từ lệnh. Mỗi từ lệnh bao gồm một địa chỉ
và một con số. Con số này có thể có ý nghĩa như một mã số (ví dụ G00 “Chạy
nhanh”), hoặc có ý nghĩa như một giá trị (ví dụ X100 “điểm đích trên trục X”).
Các từ lệnh của một câu lệnh được xếp vào câu lệnh theo một trình tự xác định
gọi là cú pháp, ví dụ:
N01
G00
X15
Z2
S+1000
M08
Mỗi từ của câu lệnh là một lệnh điều khiển máy. Lệnh có hiệu lực kéo dài cho đến
khi nó bị xóa hoặc bị thay thế bởi một lệnh có cùng chữ cái và cùng địa chỉ gọi là
phương thức tác dụng MODAL. Lệnh chỉ có tác dụng trong bản thân câu lệnh chứa nó
gọi là phương thức tác dụng THEO CÂU LỆNH.
Cấu trúc một chương trình:
Biên dạng chi tiết được chia thành các đoạn thẳng và đoạn cung trịn. Mỗi yếu tố
biên dạng hình học đơn giản này có thể được điều khiển trong từng bước gia công hay
là trong một câu lệnh của chương trình.
Để thiết lập một chương trình cần có các bước:
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
22
Luân văn tốt nghiệp
Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
1.
Chia biên dạng thành các yếu tố biên dạng hình học đơn giản.
2.
Chia q trình gia cơng thành các bước gia cơng.
3.
Tạo lập chương trình.
4.
Nạp chương trình vào bộ điều khiển.
5.
Chạy thử chương trình.
6.
Khởi động chương trình
7.
Bộ điều khiển tục hiện gia cơng chi tiết.
Đoạn thẳng
Cung trịn quanh tâm O
O
Đoạn thẳng
Đoạn thẳng
Hình 8: Ví dụ thiết lập một chương trình
B. CÁC ĐIỂM CẦN QUAN TÂM KHI LẬP TRÌNH TRÊN MÁY CNC:
I.HỆ TỌA ĐỘ:
Các điểm mà dao cắt đi tới trong khi gia công được xác định trong một chương
trình. Để mơ tả vị trí của các điểm này ta dùng một hệ tọa độ, nó bao gồm ba trục
vng góc nhau cùng cắt nhau tại điểm gốc 0. Trong hệ tọa độ này có các trục X, Y và
Z.
-
Trục X là trục chính trong mặt phảng định vị. Trên máy nó nằm song song với
bàn máy.
-
Trục Y là trục thứ trong mặt phảng định vị. Trên máy nó nằm song song với bàn
máy và vng góc với trục X.
-
Trục Z ln trùng với trục truyền động chính.
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
23
Ln văn tốt nghiệp
Đại học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Hình 9: Hệ tọa độ CNC
I.1. Điểm Zero chương trình:
Khi lập trình, một điểm Zero chương trình và một hệ toạ độ phải được xác định.
Thơng thường thì điểm Zero chương trình được đặt tại một vị trí tuỳ ý trong vùng
khơng gian làm việc.
Z
X
Y
Hình 10: Điểm zero chương trình
Hệ toạ độ này được gọi là Hệ toạ độ gia công (Work coordinate system) .
I.2. Điểm khởi hành:
Hệ tọa độ được sử dụng trong lúc lập trình phải được khai báo vào trong máy.
Dao cắt di chuyển bắt đầu từ điểm khởi hành và chương trình cũng bắt đầu từ điểm
khởi hành. Nhưng phải cho biết tọa độ của dao tại điểm khởi hành với lệnh G92 (lập
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
24
Ln văn tốt nghiệp
Đại học Cơng Nghiệp Tp.HCM
trình điểm zẻo tuyệt đối)Ta có 6 hệ toạ độ có thể được chọn lựa để thay đổi. Các hệ tọa
độ này sẽ được thiết lập ban đầu thông qua các mã lệnh từ G54 đến G59. Các đoạn
chương trình theo sau sẽ được thi hành trên hệ tọa độ được chọn. Các hệ tọa độ tương
ứng được xác định trên cơ sở xác định các khoảng cách trên các trục so với điểm chuẩn
(Reference point) cố định trên máy.
I.3. Điểm chuẩn:
Điểm chuẩn là một vị trí cố định trong khơng gian làm việc của mỗi máy. Khi có lệnh
trở về điểm chuẩn thì dao cắt sẽ di chuyển đến vị trí này
Offset so với
điểm chuẩn
Điểm chuẩn
Hình 11: Điểm chuẩn trong CNC
Trong chương trình, điểm Zero của chương trình thơng thường sẽ khác với điểm
chuẩn trong máy và nó là điểm gốc của hệ toạ độ gia công. Khoảng cách từ điểm Zero
trong chương trình so với điểm chuẩn sẽ được xác định bằng lệnh G92.
Nếu ta dùng một trong 6 hệ tọa độ gia cơng ở trên (G54 đến G59) thì khơng cần
dùng đến lệnh G92.
G92 X……… Y……… Z……….;
Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991
25
